动物的运动方式(十种动物的运动方式)
动物运动形式的多样性,是与亿万年的物种演化密切相关的。可以说运动的形式越多,对环境的适应就越完善。不同动物有不同的运动形式,同一动物也可进行不同的运动。人类不仅起源于动物,而且与动物的关系十分密切。就人类奥运会所表现的奔跑、跳跃、游泳、技巧等各项技能的竞技比赛来说,都能够从各种动物的生存技能中找到其中的原形或相似之处。
生命起源于水中。水生动物主要是通过躯体和鳍或其他附肢的摆动,在水中产生推力而游泳前进的。大约在4亿多年前的志留纪,动物开始出现在地球的陆地上.。在陆地上活动的动物,最早也是靠躯体和附肢的摆动而使身体移动的,并且由此逐渐地发展到行走、奔跑和跳跃。
昆虫为何不会走直线?
在无脊椎动物中,最善于行走的是节肢动物。它们的附肢既用于支持身体,又用于运动。不用说陆生的蜘蛛、蝎子、蜈蚣、马陆等,就连长得像一个瓢一样的海洋动物——黉,在退潮时也能在沙滩上缓缓行走。寄居蟹身上背着个螺壳,常在浅海的岩石上走来走去。
对虾则能够依靠2对爪状的步足在海底行走。螳螂虾更喜欢在海底行走,所以俗称爬虾。最有趣的是龙虾,在海底迁徙时,常用强有力的触角和第一步足拉着前者的尾部,首尾相连,排成一列长龙状的纵队。在旅行途中,不时有新的伙伴加进行列中,每列队伍多达50~60只,以每分钟约20米的速度步行前进。
某些昆虫,如蜚蠊、步行虫、瓢虫、椿象、蚂蚁等,都以善走著称。昆虫有3对细长的足着生在胸部,称为前足、中足和后足,每条足又分为5小节,而且前面的一对足短,后面的一对足长,中间的一对介乎于前后足之间。有趣的是,大多数昆虫的成虫在地上行走时,总是左歪一下、右扭一下地成“之”宁形向前行走。那么,昆虫为什么不会直线走路呢?
昆虫在行走时,先由一组的前足向前伸出,并用跗节前端带钩的爪,抓住地面的凹凸部分,起到向前拉的作用:另一侧的中足,特别是同侧后足,便尽量将足上的节伸开,把身体向前推进,由于前足和后足的长度不同,当后足向前用力时,便将离开地面的中是及身体推向偏离直线的一方,使身体中轴倾斜。当另一组的前足抬起时,为了使身体向前行进,便向与身体相反方向伸去,后足用力推进,又将身体扭向另一方向,并且引起头部的摆动。这样,昆虫就左歪一下、右扭一下地成“之”字形向前行走了。
昆虫3对足跨步的快慢,决定了它们行走的速度。例如美洲蜚蠊,行走最快时每足每秒钟可前进25步左右。每一步包括伸展和牵缩两个部分,前进的快慢主要决定于牵缩的速度。昆虫行走的速度还与体形大小以及温度有一定的关系,例如美洲蜚蠊在25℃温度下每秒钟前进约70厘米,最快为130厘米。
螃蟹横行到几时?
在节肢动物中,走路最奇特的是螃蟹。“且将冷眼看螃蟹,看尔横行到几时”。螃蟹类一般都是横行的,这是它们奇特的身体构造决定的。它头脑部的宽度大于它的长度,细腿伸展两旁,每条步足的关节只能向下弯曲。行走时,一节尖爪抓住地面,再由另一侧的步足在地面上撑直起来,推动着身体前行,使身躯向左或向右稍偏前方横行了。
陆生脊椎动物更好地发展了在陆地上行走和奔跑的能力。就运动器官来说,它们与鱼类的鳍很不相同。要使躯体离开地面产生移动,运动器官必须支撑躯体使其重心位于运动器官之间。有些鱼类的鳍变得像陆生动物的肢,能支撑躯体的部分重量,特别如肺鱼、弹涂鱼等。但鱼鳍的骨骼要比两栖类动物的四肢的骨骼简单得多,只有总鳍鱼类的鳍的骨骼有类似的分化。因此,一般认为陆生脊椎动物的四肢是从古总鳍鱼的偶鳍发展而来,并以多种多样的方式,变化发展。
两栖动物的幼体部生活在水中。蛙和蟾蜍成熟后长出前肢和后肢,离开水而来到陆地生活,这时尾已退化,而蝾螈、大鲵等成熟后虽有前肢和后肢。尾不退化,仍在水中生活,但可离开水在地面上行走,靠前后肢交替伸展前进,而身体左右摆动,保持在水中游泳的特点。由于它们四肢细弱,位于躯干的腹侧面,与躯干相垂直,所以腹部与地面接触,行走方式是一种费力的杠杆运动。
恐龙中的“飞毛腿”
爬行动物的四肢已较强大,可以略略举起身体使之稍离地面,但四肢与躯干的关系未作根本的改善。所以爬行动物行走时的姿态一般都与蝾螈等近似的姿势匍匐而行。这种运动方式,不仅速度很慢,而且相当费劲。
从前,人们一直认为繁盛于中生代的恐龙也都是这样在地上行走的,其实不然。四足行走的恐龙,其运动姿态大致与现生的大型哺乳动物没有多大区别,两足行走的恐龙则与鸵鸟相似。它们的四肢(或两后肢)在运动时与地面垂直,而且收拢在身躯下方。这完全是一种“走”,而不是“爬”的姿势,这从它们肢带骨的关节构造上可以找到凭证,而最形象的证据莫过于恐龙足迹化石了。例如,对完整的雷龙足迹化石进行的测算证实,雷龙前后脚的步距为3.6米,左、右脚的间距仅有1.8米(相当于雷龙身体的宽度),说明它是在走而不是爬,否则左、右脚的间距就会更大些。
四足行建的蜥脚类恐龙走路的速度比较慢,每小时不超过3.2~6.5千米。四足行走的剑龙和甲龙走路的速度稍快,每小时约为6~8千米,可见它们的腿脚比蜥脚类灵活一些。两足行走的鸭嘴龙每小时能走18.5千米,如果遇到敌害追赶,它还能快速奔跑以躲避危险。
肉食性恐龙短跑的速度都很快,一般时速可达40千米,特别是两足行走的虚骨龙类,由于身轻腿长,是恐龙中的“飞毛腿”,快跑时时速可达80千米。四足行走的角龙是奔跑速度最快的植食性恐龙,在短时间里能以32~48千米的时速冲刺,这样的速度使凶猛的霸王龙也要赶紧逃避。
在现生的爬行动物中,蜥蜴类也是比较善于行走的,特别是壁虎,脚底的吸附能力很强,能在墙壁上行走自如。原来它的脚下膨大的趾端下密布着一排一排的成束的微绒毛,如同一只只弯形的小钩,所以能够轻而易举地抓牢物体,可以在墙壁甚至玻璃上行走。
在拉丁美洲还有一种奇怪的鬣蜥,当地人称它为“耶稣蜥蜴”,因为它非常神奇,拥有几乎,是超自然的能力——能够迅速地横穿水面!当鬣蜥在水面上行走时,速度可以达到每小时12千米,用这样的速度行进,它可以横穿40米宽的池塘而不会下沉。
这种蜥蜴是如何不让自己落入水中的呢?难道是右脚落水之前抬左脚,左脚落水之前抬右脚?事实的确如此,这种奇异功能的秘密在于:当鬣蜥奔跑时,脚底下可以产生容纳空气的洞。这样,它脚底边缘的条纹可以暂时携带空气,防止身体下沉。鬣蜥不但可以在水上行走,而且只要
它走得足够快,在下一步迈出之前,携带的空气不致丧失,甚至还可以在空气中行走!
鸟类中的“赛跑健将”
鸟类是恐龙的后裔。它们的前肢演化成翅膀,行走依靠后肢。后肢的变化表现于胫跗节延长,脚掌与陆地接触面积减少,趾的数目减少。用后肢行走的鸟类把躯体重心置于后肢上面的位置,并保持身体的平衡。
不同的鸟,足的强弱和结构是不同的,因而表现出不同的行走方式。普通的鸟类能用它们的足在地上行走,只有少数种类例外。各种鸟类的行走方式也有较大差异。大多数树栖鸟类能够在地面上迅速行走或跳跃。脚比较短小的麻雀,在运动时通常采用一种滑稽的步态——齐足跳。游禽类大多数都不善于在陆地上行走,只有雁鸭类中的一些身体肥胖的成员能“踱”特殊的“鸭步”:脖子伸得长长的,挺着胸,一摇一摆地往前走。为什么它们以这样的姿态走路呢?原来,它们由于适应在水里游泳,除了增大蹼脚与水接触的面积,以加大前进的推力外,脚的位置也稍向后移了。这样一来,它们在陆地上活动时,托着长长的身体和双脚,不在身体的中央,而是靠后。如果要使身体处于水平状态,它们就会有向前倾跌的可能。因此,它们就必须把身体后仰,使身体的重心向后移到双脚处,以维持身体的平衡。另外,它们的脚比较短,向前走动时连身体也在摆动,所以走起路来一般总是昂起头,挺起胸,一摇一摆地蹒跚而行了。
与游禽类相比,企鹅走路的姿势更是左右摇摆,看上去十分滑稽可笑,憨态可掬,看上去好像失去平衡。其实,企鹅这种行走方式会像钟摆摆动一样十分节约体力。因为下肢短小,使它们的行走比一般动物要艰难得多,但它们所选取的这种走路方式却帮它们克服了这一困难。当企鹅在向一边摆动到极限而停顿时,它的部分功能就被储存起来成为潜能:随着向另一方摆动的时候,这种潜能再度释放出来。经过计算得出,在企鹅行走的一步与另一步之间,可以保存80%的能量,这在动物界行走能量的保存率中是最高的,相比之下,人类也只能保存65%的能量。
鸟类中善于奔跑的当然还是走禽类,特别是鸵鸟。鸵鸟身躯高大,翅膀已经退化,不能飞翔,但在迅速奔跑时可以展开,以维持身体的平衡,若是顺风还能起到船帆的作用。它的腿很长。十分粗壮,脚也极为强大,趾的下面有角质的肉垫,富有弹性并能隔热,适于在沙地中行走或奔跑。它在沙漠中奔跑的速度很快,每一步的距离可达3.5米,持续奔跑的速度为每小时50千米,能奔跑5分钟以上,冲刺速度为每小时超过70千米以上,是鸟类中名副其实的赛跑健将。
勉为其难的行走
哺乳动物的四肢经过扭转后近端紧贴身体,肘关节向后,膝关节朝前,支持体重及行走都极其稳健而灵活。不过也有例外,在水中生活的鲸类和海牛类都不能在陆地上活动,鳍脚类一生的大部分时间也是在海水中度过的,仅在交配、产仔、哺乳、换毛、休息时才上岸。它们的四肢适于游泳,在陆地上,海狮和海象可用四肢着地支持身体,由于后肢能自脚踝处朝前弯,因此能用以在陆地上步行,海豹虽然前肢能着地,但后肢只能朝后伸,不能自脚踝处朝前弯,因此不能用以在陆地上步行,登陆后只能依靠前肢和上体的蠕动,像一条大蠕虫一样匍匐前行,步履艰难,跌跌撞撞,十分笨拙可笑,活动的范围也不大。
灵长类大多在森林地带活动,有的甚至能在大树横生的枝干上直立行走,与人类走路的姿态很相似。不少种类的掌心和脚底还生有长毛,增加了摩擦力,即使在光滑的岩石上行走或跳跃也不至于滑倒。长臂猿虽然在树上十分灵活,但当它们偶尔到地上行走时,身体呈半直立,两臂时而弯在身子两侧,双手同时触地,身体一蹿一蹿的像蛙跳,时而双手交错地前进,身体则东摇西晃像个醉鬼,时而双手举过头顶,像投降的姿势一样,头重脚轻,一摇一摆,蹒跚而行,就更显得非常笨拙、滑稽可笑了。
哺乳动物的“步法”
兔子的四肢强劲,腿肌发达而有力,前腿较短,后腿较长,脚下的毛多而蓬松,适于跳跃,奔跑迅速,疾跑时矫健神速,有如离弦之箭,以迅雷不及掩耳的速度飞驰。它在快跑时一跃可达3米多远,时速为50千米左右,是世界上跑得最快的野生动物之一。在跑动之中,它们常常腾空而起,高达1米以上,以便观察周围的动静,再确定逃跑的方向。在奔跑时,它还能突然止步,急转弯或跑回头路以摆脱天敌的追击。
象的奔跑也很迅速,时速可达40千米。它的四肢粗壮,几乎垂直于地面,像四根柱子,脚底下有橡皮一般的肌肉,粗厚而平坦,所以在走路时几乎毫无声音。小跑时,总是同时提起同一侧的前后肢,而不是像其他哺乳动物那样在对角线上的两肢同时离开地面,这种步法被称为“溜蹄”,并使其产生一种奇特的摇摆动作。
大多数哺乳动物依靠直立的四肢,这种四肢运动的模式叫做步法。例如,马可以缓步前进,以后变成快步,再发展成为慢跑和疾奔。如果一个跨步的负荷因子为1,以常速走路时左右脚的负荷各为0.6,那就是每脚负荷体重的60%,其中有1O%的时间是双脚共同负荷体重的。跑步时每脚的负荷因子为0.3,那就是说,在每一跨步中有40%的时间双脚部不接触地面。每脚负荷因子大于O.5的步法称为行走,小于0.5的步法称为奔跑。马的快步、慢跑和疾奔都应列入奔跑之列。
哺乳动物按四肢形态的特点,可分为跖行类、趾行类和蹄行类。人类就属于跖行类,躯体的重量全部由脚支撑。猩猩也属于跖行类,在地上能勉强直立行走,但需要前肢的帮助,手掌并不摊平,而是用指关节着地,一瘸一拐的姿势显得十分笨拙,移动速度也很慢,远不如在树上攀援、跳跃灵活。
熊也属于跖行类,并且也能像人一样地坐着或用后肢直立行走,样子看起来很笨拙,似乎有点步履蹒跚,其实行动还是很灵活的,在林中奔跑时速度也很快。在北极熊的脚掌下还生有多而密的毛,能够防止脚爪冻在冰上,在冰雪上行走时不至于滑倒,并且可以悄无声息地蹑行到猎物的身旁。
羚羊、猎豹上演“生死时速”
善于奔跑的黄羊可以作为羚羊类的代表。它奔跑的最高时速可达90千米左右。如果以75千米的时速奔跑,则可以持续1小时之久,在原野上时而直线前进,时而来回横窜,尤其喜欢在草原上奔驰的马匹和汽车面前飞越而过,所以在牧区有这样的俗话:“黄羊窜一窜,马跑一身汗”,真是一点也不夸张。由于奔跑的本领十分出众,再加上各种感觉都十分灵敏,所以发现远处的追捕者时并不害怕,往往先凝视一阵,然后奔跑一段距离,复又站住,回过头来观察一番,再飞速奔逃,转瞬之间就消失得无影无踪。 在高原地带生活的有蹄类还有很多特殊的本领。野牦牛的四肢强壮,蹄大而圆,但蹄甲小而尖,似羊蹄,特别强硬,稳健有力,蹄侧及前面有坚实而突出的边缘围绕;足掌上有柔软的角质,这种蹄可以减缓其身体向下滑动的速度和冲力,使它在陡峻的高山上行走自如。
而有蹄类的天敌——捕食它们的肉食性猛兽的腿也很发达,为趾行类,趾端有利爪,善于快跑和捕食。它们与地面接触的仅为趾骨,在行走和奔跑时趾不着地,因此重心向前,特别轻捷而富于弹力。尤其是猫科动物,着地的是各趾的趾垫和掌中的肉垫,所以悄无声息,这也是其采用埋伏和奇袭等特殊的猎食方式所必需的。
猎豹具有发达的胸肌、修长而能充分伸展的四肢、柔软而富有弹性的脊骨、苗条而毫无赘肉的身段,都为它超强的奔跑能力提供了必要条件。它的爪甲总是伸张着,就像跑鞋底下的鞋钉一样,在奔跑时增加了扒地的力量。
猎豹在急速飞奔时,姿态极为优美,前后肢各自向不同方向伸展,整个身躯几乎连成一线,犹如跃在空中的一个“一”字。它的步伐很大,后来在落地前尽可能地伸向前方,以便延长每一步的跨度,接着收背拱腹,使前爪在落地前尽可能地伸向前方,每一步可达7米,频率为每分钟3.5步。特别是它的爆发力极强,从静止状态到时速为70千米,只需要2秒钟的时间,最快可以达到时速113千米,远远超过善于奔跑的羚羊,成为动物世界里当之无愧的短跑冠军!